전기차 성능을 끌어올리기 위해 구동 모터 기술이 빠르게 진화하고 있다. 모터 방식은 물론 냉각시스템·변속기 등을 통해 모터 효율을 끌어올림으로써 주행 성능을 향상시키는 방식이다. 국내에서도 이와 관련 연구개발(R&D)이 시급하다는 지적이다.
10일 업계에 따르면 △구동 시스템 평균 효율 향상 △출력밀도 향상 △희토류 영구자석 사용량 최소화 등을 중심으로 구동 모터 R&D가 진행되고 있다.
토크, 제로백 등 주행 성능은 물론 모터 성능은 효율과도 직결된다. 전기차 판매량을 늘리기 위해서는 충전 문제 해결뿐만 아니라 성능도 대폭 개선해야 한다. 이산화탄소 배출량 총량규제가 올해부터 단계적으로 시작되면서 전기차 성능을 내연기관 수준으로 하루 빨리 끌어올려야 한다. 전체 판매량 기준으로 배출량이나 연비 규제가 적용되기 때문이다.
현재 국내 전기차는 모두 기계적 변속기 없이 1단 시스템이다. 테슬라 등에서는 추가적인 변속시스템을 탑재해 저속과 고속 모두에 맞는 토크를 구현하고 있으나 국내 전기차는 저속 주행 효율을 중점적으로 개발해 고속시 모터 효율이 떨어진다. 유도전동기는 고속 운전시 유리하고 영구자석동기모터는 고속시 제어 특성이 불리하기 때문에 모터만으로는 효율 향상에 무리가 있다는 것이다. 평균 효율 향상을 위해서는 2단 이상 변속 시스템 장착이 필수라는 지적이다.
이 때문에 최근 한국산업기술평가관리원은 산업핵심기술개발사업 신규 과제로 전자기적 다단 변속 기능을 가진 구동시스템 개발을 지정했다.
이와 함께 냉각 구조 개선 등을 통한 출력 밀도 향상도 시급한 것으로 나타났다. 테슬라는 모터에 회전자와 고정자 냉각구조를 개발해 냉각 성능을 확보한 것이 출력 밀도를 높이는 데 큰 역할을 한 것으로 알려졌다. 같은 사이즈 구동 시스템이라고 해도 냉각성능이 우수하면 그만큼 에너지 손실이 줄어 출력밀도를 높일 수 있기 때문이다.
BMW와 GM은 경량화와 동손 저감 등을 통해 효율을 개선했다.
영구자석 전동기 가격과 크기에 영향을 미치는 희토류 영구 자석을 최소화하는 기술도 R&D가 필요한 부분으로 꼽혔다. 최근 미디어를 대상으로 공개된 아이오닉 하이브리드 역시 영구자석 모터를 사용한 것으로 나타나 전기차에도 영구자석형이 사용됐을 것으로 관측된다. 희토류 자석 가격과 성능 문제 해결을 위해서는 새로운 모터 방식에 대한 연구도 필요한 상황이다. 모터와 인버터, 감속기 일체형 구동시스템을 개발해 부품 크기를 줄이면 배터리 전원 이용도 줄일 수 있는 만큼 이 분야 기술 개발도 시급한 것으로 나타났다.
한국산업기술평가관리원 손영욱 PD는 “전력기반차 구동용 모터 효율을 향상시키기 위해 선진업체는 동손이나 철손 저감, 새로운 냉각기술, 경량화 등 상용화 기술을 개발하고 있다”며 “국내에서도 이러한 기술 개발이 필요하다”고 말했다.
<전자기적 다단변속기 개발 목표.(출처 : 한국산업기술평가관리원)>
문보경기자 okmun@etnews.com
